Исследование процессов вакуумно-плазменного формирования искусственных центров пиннинга в ВТСП керамике и создание на её основе активных элементов силовой электротехники нового поколения

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-19-10054

НазваниеИсследование процессов вакуумно-плазменного формирования искусственных центров пиннинга в ВТСП керамике и создание на её основе активных элементов силовой электротехники нового поколения

Руководитель Лепешев Анатолий Александрович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" , Красноярский край

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-306 - Инженерно-физические проблемы электротехники и технической сверхпроводимости

Ключевые слова Высокотемпературные сверхпроводники, искусственные центры пиннинга, нанодисперсные оксиды, плазмохимический синтез, критический ток

Код ГРНТИ45.09.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одной из основных характеристик сверхпроводников является критическая плотность тока Jc (и, соответственно, критический ток Ic). В купратных высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) величина Jc при H=0 очень большая, но с ростом H быстро уменьшается, что ограничивает использование ВТСП в силовых электрических устройствах и обмотках мощных магнитов при температуре жидкого азота. Для увеличения Jc в сверхпроводник намеренно вводят дефекты – центры пиннинга, которые препятствуют свободному перемещению магнитных вихрей, приводящему к диссипации энергии. Задача состоит в определении оптимальных размеров и формы центров пиннинга, а также их количества и расположения в образце. После ионного облучения монокристаллов YBa2Cu3O7-x наблюдается существенное увеличение Jc, из чего можно сделать вывод, что радиационные дефекты являются эффективными центрами пиннинга магнитного потока. Традиционные способы создания повышения плотности критического тока Jc в ВТСП, такие как, например, облучение высокоэнергетичными ионами или нейтронами, не смотря на их определенные успехи, трудоемки и дороги. Очевидно, требуются другие относительно простые физико-химические методы создания искусственных центров пиннинга. Одним из перспективных с технологической точки зрения методов создания дополнительных центров пиннинга и, следовательно, увеличения транспортных характеристик ВТСП, представляется введение в сверхпроводящий материал наноразмерных добавок (НРД) неорганических материалов. При этом необходим выбор инертных по отношению к сверхпроводящей матрице примесей, которые, с одной стороны, не понижали бы Tc исходного сверхпроводника, а с другой стороны – при введении в сверхпроводящий материал играли бы роль эффективных центров пиннинга. Впервые будет исследован пиннинг магнитного потока в композитных материалах на основе ВТСП и несверхпроводящих ингредиентов (CuO, ZrO2), полученных в плазме дугового разряда низкого давления. Будет проведен анализ зависимостей M(T), соответствующих сверхпроводящему переходу в подсистеме межгранульных границ в композитах YBa2Cu3O7 + CuO/ ZrO2, в широком диапазоне внешнего поля (как в области слабых полей до ~10 2 Oe, так и в полях до 6×104 Oe), исследованы механизмы диссипации с ростом магнитного поля: для диапазона сильных магнитных полей и широкого диапазона температур. Будет показано влияние вакуумного плазменного допирования на снижение крипа магнитного потока в диапазоне слабых полей (область высоких температур). Будет показано, что механизм, определяющий значительный пик-эффект в данных материалах в области сильных магнитных полей, является пиннинг магнитного потока в межгранульной среде. Будет предложен критерий выявления механизма, определяющего гистерезисное поведение намагничивания гранулярных ВТСП. Он основан на экспериментальном определении зависимости (или отсутствия зависимости) полевой ширины гистерезиса М(H) от транспортного тока.Впервые будут исследованы зависимости полевой ширины гистерезиса от транспортного тока, механизмы гистерезисного поведения намагниченности в исследованных ВТСП, влияние потока, захваченного в сверхпроводящих гранулах, на эффективное поле в межгранульных границах. Будет показано, что получаемый из экспериментальных данных параметр - полевая ширина гистерезиса, характеризует внутригранульный пиннинг и сжатие магнитного потока в межгранульной среде. Будет исследована серия поликристаллов ВТСП, различающихся диамагнитными свойствами, с целью установления взаимосвязи между этими свойствами и предыстории вакуумной плазменной обработки.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Лепешев А.А., Патрин Г.С., Юркин Г.Ю., Васильев А.Д., Немцев И.В., Гохфельд Д.М., Балаев А.Д., Демин В.Г., Бачурина Е.П., Карпов И.В., Ушаков А.В., Федоров Л.Ю., Иртюго Л.А., Петров М.И. Magnetic properties and critical current of superconducting nanocomposites (1-x)YBa2Cu3O7-δ + xCuO Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, Vol. 31, No 12, pp 3841-3845 (год публикации - 2018)
10.1007/s10948-018-4676-x

2. Лепешев А.А., Дрокин Н.А., Ушаков А.В., Карпов И.В., Федоров Л.Ю., Бачурина Е.П. Localization and transfer of charge carriers in CuO nanopowder by impedance spectroscopy Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Vol. 29, No 14, pp. 12118-12125 (год публикации - 2018)
10.1007/s10854-018-9319-2

3. Карпов И.В., Ушаков А.В., Лепешев А.А., Петров М.И., Федоров Л.Ю., Гохфельд Д.М., Жарков С.М., Зеер Г.М., Демин В.Г., Абкарян А.К. Влияние добавок наночастиц CuO плазменно-дугового синтеза на критический ток сверхпроводника YBa2Cu3O7-δ Материаловедение (год публикации - 2019)

4. Лепешев А.А., Куимов В.В., Толстой Д.А., Козлов А.В., Погребная Т.В., Сидоркина О.В. Новая политехническая школа Новая политехническая школа. Библиотечно-издательский комплекс СФУ. Красноярск. (год публикации - 2019)

5. Карпов И.В., Ушаков А.В., Лепешев А.А., Федоров Л.Ю., Дорожкина Е.А., Карпова О.Н., Шайхадинов А.А., Дёмин В.Г. Device for Increasing the Magnetic Flux Pinning in Granular Nanocomposites Based on the High-Temperature Superconducting Ceramic Technical Physics, Vol. 63, No 2, pp. 230-234 (год публикации - 2018)
10.1134/S1063784218020196

6. Ушаков А.В., Карпов И.В., Лепешев А.А. Plasma-chemical synthesis of Fe3O4 nanoparticles for doping of high-temperature superconductors Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, Vol. 29, pp. 1-6. (год публикации - 2016)
10.1007/s10948-016-3709-6

7. Карпов И.В., Ушаков А.В., Лепешев А.А., Федоров Л.Ю., Дорожкина Е.А., Карпова О.Н., Шайхадинов А.А., Демин В.Г., Бачурина Е.П., Личаргин Д.В., Абкарян А.К., Зеер Г.М., Жарков С.М. The influence of magnetic field on the rate of cathode erosion at vacuum arc spraying IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, Vol. 255, p. 012007 (год публикации - 2017)
10.1088/1757-899X/255/1/012007

8. Ушаков А.В., Карпов И.В., Лепешев А.А., Петров М.И. Plasma-chemical synthesis of copper oxide nanoparticles in a low-pressure arc discharge Vacuum, Vol. 133, pp. 25-30. (год публикации - 2016)
10.1016/j.vacuum.2016.08.007

9. Карпов И.В., Ушаков А.В., Лепешев А.А., Федоров Л.Ю., Дорожкина Е.А., Карпова О.Н., Шайхадинов А.А., Дёмин В.Г. Устройство для увеличения пиннинга магнитного потока в гранулярных нанокомпозитах на основе высокотемпературной сверхпроводящей керамики Журнал технической физики, Том 88, вып. 2, с. 140-145 (год публикации - 2018)
10.21883/JTF.2017.01.1851

10. Лепешев А.А., Ушаков А.В., Карпов И.В., Балаев Д.А., Красиков А.А., Дубровский А.А., Великанов Д.А., Петров М.И. Particularities of the magnetic state of CuO nanoparticles produced by low-pressure plasma arc discharge Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, Vol. 29, pp. 1-6. (год публикации - 2016)
10.1007/s10948-016-3885-4

11. Лепешев А.А., Ушаков А.В., Карпов И.В. Low-temperature magnetic behavior of nanostructured ferrite compositions prepared by plasma spraying Journal of Applied Physics, Vol. 122, No 10, p. 104103 (год публикации - 2017)
10.1063/1.5001506

12. Ушаков А.В., Карпов И.В., Лепешев А.А. Peculiarities of magnetic behavior of CuO nanoparticles produced by plasma-arc synthesis in a wide temperature range Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, Том 30, № 12, С. 3351-3354. (год публикации - 2017)
10.1007/s10948-017-4311-2

Публикации